WO2014112498A1 - 音響波探触子およびその製造方法 - Google Patents

音響波探触子およびその製造方法 Download PDF

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WO2014112498A1
WO2014112498A1 PCT/JP2014/050507 JP2014050507W WO2014112498A1 WO 2014112498 A1 WO2014112498 A1 WO 2014112498A1 JP 2014050507 W JP2014050507 W JP 2014050507W WO 2014112498 A1 WO2014112498 A1 WO 2014112498A1
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WO
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acoustic
layer
piezoelectric elements
organic piezoelectric
organic
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PCT/JP2014/050507
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山本　勝也
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富士フイルム株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
    • B06B1/0618—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile of piezo- and non-piezoelectric elements, e.g. 'Tonpilz'
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer

Definitions

  • the present invention relates to an acoustic wave probe and a method for manufacturing the same, and more particularly to an acoustic wave probe in which a plurality of inorganic piezoelectric elements and a plurality of organic piezoelectric elements are stacked on each other and a method for manufacturing the same.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic image has been put into practical use.
  • this type of ultrasonic diagnostic apparatus transmits an ultrasonic beam from an ultrasonic probe into a subject, receives an ultrasonic echo from the subject with the ultrasonic probe, and receives the received ultrasonic echo.
  • An ultrasonic image is generated by electrically processing the signal.
  • the organic piezoelectric element used in this organic piezoelectric element responds with high sensitivity to the harmonic components of the ultrasonic wave.
  • a high-power ultrasonic beam is transmitted from the inorganic piezoelectric element of the ultrasonic probe, Harmonic components can be received by the piezoelectric element.
  • a normal ultrasonic echo can be received by the inorganic piezoelectric element.
  • the thickness of the organic piezoelectric body is It is designed to increase the sound transmittance of the sound beam.
  • the organic piezoelectric body is designed in the vicinity of a thickness that satisfies the ⁇ / 4 resonance condition with respect to the wavelength ⁇ of the fundamental wave transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements. For this reason, the organic piezoelectric material cannot be designed freely, and has to be designed with a certain thickness in order to satisfy the above resonance condition.
  • the organic piezoelectric material has a small relative dielectric constant, when the organic piezoelectric element is formed thick, the electric capacity is reduced, and it is difficult to efficiently convert the ultrasonic wave received by the organic piezoelectric element into a received signal. .
  • the present invention has been made to solve such a conventional problem, and has a plurality of organic piezoelectric elements while having excellent acoustic transmittance with respect to ultrasonic beams transmitted from a plurality of inorganic piezoelectric elements.
  • An object of the present invention is to provide an acoustic wave probe capable of improving the conversion efficiency of a received signal in an element and a manufacturing method thereof.
  • An acoustic wave probe is an acoustic wave probe that receives an ultrasonic wave generated from a subject by transmitting an ultrasonic beam toward the subject or irradiating irradiation light.
  • the plurality of organic piezoelectric elements includes an organic piezoelectric body formed with a thickness of 1 to 120 ⁇ m.
  • the organic piezoelectric body is preferably formed with a thickness of 3 to 50 ⁇ m.
  • the organic piezoelectric body is more preferably formed with a thickness of 5 to 18 ⁇ m.
  • the acoustic matching layer is composed of a first acoustic matching layer disposed on the plurality of inorganic piezoelectric elements and an organic material disposed between the first acoustic matching layer and the plurality of organic piezoelectric elements. It is preferable to have a second acoustic matching layer.
  • the organic piezoelectric body preferably has an acoustic impedance within a range of ⁇ 10% with respect to the acoustic impedance of the second acoustic matching layer.
  • the plurality of organic piezoelectric elements have a ground electrode layer extending over the surface of the organic piezoelectric body and a plurality of signal electrode layers arranged on the back surface of the organic piezoelectric body facing the acoustic matching layer, In order to separate each layer from the plurality of signal electrode layers to the plurality of inorganic piezoelectric elements into a plurality of pieces, a plurality of separation portions extending in parallel at the same pitch in the stacking direction are further provided, thereby providing a plurality of organic piezoelectric elements. It is preferable that the element and the plurality of inorganic piezoelectric elements are arranged at the same pitch.
  • a sub die forming groove extending in the stacking direction so as to further separate each piece constituting a plurality of inorganic piezoelectric elements or each piece constituting each of the plurality of inorganic piezoelectric elements and the acoustic matching layer into a plurality of sub dice. Can be provided.
  • the plurality of inorganic piezoelectric elements can include a plurality of inorganic piezoelectric bodies separated from each other, and a plurality of signal electrode layers and a plurality of ground electrode layers respectively disposed on both surfaces of the plurality of inorganic piezoelectric bodies.
  • the plurality of inorganic piezoelectric bodies are preferably composed of a Pb-based perovskite structure oxide, and the organic piezoelectric body and the second acoustic matching layer are preferably composed of a vinylidene fluoride-based material.
  • positioned on the some organic piezoelectric element can be further provided.
  • a protective layer for protecting the plurality of organic piezoelectric elements can be further provided between the plurality of organic piezoelectric elements and the acoustic lens.
  • an organic piezoelectric element amplifier directly connected to each of the plurality of organic piezoelectric elements can be further provided.
  • the method of manufacturing an acoustic probe according to the present invention includes a method of manufacturing an acoustic probe that receives an ultrasonic wave generated from a subject by transmitting an ultrasonic beam toward the subject or irradiating irradiation light.
  • each piece of the signal electrode layer is formed by sequentially overlapping the positions thereof, and an organic piezoelectric body extending over the signal electrode layer and having a thickness of 1 to 120 ⁇ m is joined on the signal electrode layer.
  • the ground electrode layer By forming the ground electrode layer on the entire surface of the piezoelectric body, signal electrode layer, in which are arranged a plurality of organic piezoelectric elements composed of an organic piezoelectric body and the ground electrode layer.
  • the plurality of organic piezoelectric elements have the organic piezoelectric body formed with a thickness of 1 to 120 ⁇ m, excellent acoustic transmittance can be obtained with respect to the ultrasonic beam transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements. Although it has, it becomes possible to improve the conversion efficiency of the received signal in a plurality of organic piezoelectric elements.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an acoustic wave probe according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a graph which shows distribution of S / N ratio with respect to the thickness of an organic piezoelectric material.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the acoustic probe according to Embodiment 1 in the order of steps.
  • 6 is a partial perspective view showing an acoustic wave probe according to Embodiment 2.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the acoustic wave probe which concerns on a modification. It is a figure which shows the structure of the acoustic wave probe which concerns on another modification.
  • Embodiment 1 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
  • 1 and 2 show the configuration of an acoustic wave probe according to an embodiment of the present invention.
  • the acoustic wave probe of the present invention an ultrasonic probe that transmits an ultrasonic beam toward a subject and receives an ultrasonic echo reflected by the subject is shown.
  • a plurality of inorganic piezoelectric elements 2 are arranged at a pitch P on the surface of the backing material 1.
  • the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 have a plurality of inorganic piezoelectric bodies 21 separated from each other, a signal electrode layer 22 is bonded to one surface of each inorganic piezoelectric body 21, and a ground electrode layer 23 is bonded to the other surface. It is joined. That is, each inorganic piezoelectric element 2 is formed of a dedicated inorganic piezoelectric body 21, signal electrode layer 22, and ground electrode layer 23.
  • the inorganic piezoelectric body 21 is formed of a Pb-based perovskite structure oxide.
  • Pb-based piezoelectric ceramic represented by lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ), or magnesium niobate / lead titanate solid solution (PMN-PT) and zinc niobate / lead titanate It can be formed from a relaxor-based piezoelectric single crystal typified by a solid solution (PZN-PT).
  • the first acoustic matching layer 3 is bonded onto the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, and the second acoustic matching layer 4 is bonded onto the first acoustic matching layer 3.
  • the first acoustic matching layer 3 and the second acoustic matching layer 4 are formed with thicknesses that perform desired acoustic matching with respect to the ultrasonic waves transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2.
  • the thickness of the first acoustic matching layer 3 and the thickness of the second acoustic matching layer 4 are the fundamental wave of the ultrasonic wave transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 (with respect to the maximum sensitivity of the inorganic piezoelectric material 21). It can be formed so as to be in the vicinity of the thickness satisfying the ⁇ / 4 resonance condition with respect to the wavelength ⁇ of the ( ⁇ 6 dB band center frequency).
  • the first acoustic matching layer 3 has the acoustic impedance of the inorganic piezoelectric element 2 and the second acoustic wave in order to make the ultrasonic waves from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 efficiently enter the second acoustic matching layer 4.
  • the matching layer 4 is made of a material having an acoustic impedance that is intermediate to the acoustic impedance of the matching layer 4.
  • the second acoustic matching layer 4 uses the first acoustic matching layer in order to cause the ultrasonic waves incident from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 through the first acoustic matching layer 3 to enter the subject efficiently.
  • An organic material having an acoustic impedance that is intermediate between the acoustic impedance of the layer 3 and that of the living body specifically, polyvinylidene fluoride (PVDF) or polyvinylidene fluoride trifluoride ethylene copolymer (P (VDF -TrFE)) and other vinylidene fluoride (VDF) -based materials. That is, the acoustic impedance of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, the first acoustic matching layer 3, and the second acoustic matching layer 4 sequentially decreases in the transmission direction of the ultrasonic waves transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2. Designed to be
  • the 1st acoustic matching layer 3 and the 2nd acoustic matching layer 4 are equipped with the outstanding acoustic transmittance with respect to the ultrasonic wave transmitted from the some inorganic piezoelectric element 2.
  • FIG. it can.
  • the first acoustic matching layer 3 and the second acoustic matching layer are each divided into a plurality of pieces and arranged at the same pitch P as the plurality of inorganic piezoelectric elements 2.
  • a plurality of organic piezoelectric elements 5 are arranged on the second acoustic matching layer 4.
  • the plurality of organic piezoelectric elements 5 have a sheet-like organic piezoelectric body 51 extending across the plurality of organic piezoelectric elements 5 without being divided into a plurality of pieces.
  • a polymer piezoelectric film made of a vinylidene fluoride (VDF) material is used as in the second acoustic matching layer 4.
  • VDF vinylidene fluoride
  • the organic piezoelectric body 51 has a sufficiently small thickness of ⁇ / 8 or less with respect to the wavelength ⁇ of the transmitted ultrasonic waves so as not to affect the acoustic matching of the ultrasonic waves transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2.
  • the organic piezoelectric body 51 is preferably formed of a material having the same or close acoustic impedance as that of the second acoustic matching layer 4, for example, ⁇ 10% with respect to the acoustic impedance of the second acoustic matching layer 4. Can be configured to have an acoustic impedance in the range of.
  • each organic piezoelectric element 5 includes a dedicated signal electrode layer 52 and an organic piezoelectric body 51 and a ground electrode layer 53 common to the plurality of organic piezoelectric elements 5.
  • the arrangement pitch of the plurality of organic piezoelectric elements 5 is determined only by the arrangement pitch of the plurality of signal electrode layers 52. Since the plurality of signal electrode layers 52 have the same arrangement pitch as the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, the plurality of organic piezoelectric elements 5 are arranged at the same pitch P as the plurality of inorganic piezoelectric elements 2.
  • a plurality of pieces separated at the same pitch P in each of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, the first acoustic matching layer 3, the second acoustic matching layer 4, and the signal electrode layer 52 are between the layers. Are aligned in the stacking direction, and a filler is filled between each row. Thereby, the separation part 6 that separates a plurality of pieces constituting each layer from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 to the signal electrode layer 52 is formed. That is, the separating portion 6 extends in parallel in the stacking direction so as to penetrate each layer from the surface of the signal electrode layer 52 to the surface of the backing material 1 at the same pitch P. Furthermore, an acoustic lens 8 is bonded on the plurality of organic piezoelectric elements 5 via a protective layer 7.
  • the backing material 1 supports a plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and absorbs ultrasonic waves emitted backward, and can be formed from a rubber material such as ferrite rubber.
  • the filler forming the separation portion 6 is for fixing the position and posture of adjacent pieces, and is formed of, for example, an epoxy resin.
  • the protective layer 7 protects the ground electrode layer 53 of the organic piezoelectric element 5 and is made of, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF). If there is no problem in protecting the ground electrode layer 52, the acoustic lens 8 can be directly bonded on the plurality of organic piezoelectric elements 5 by forming the protective layer 7.
  • the acoustic lens 8 narrows the ultrasonic beam using refraction and improves the resolution in the elevation direction, and is made of silicon rubber or the like.
  • the pieces constituting the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 are formed separately in a plurality.
  • a sub die forming groove extending in the stacking direction may be formed so as to further separate the pieces constituting each of the plurality of inorganic piezoelectric bodies 21, the signal electrode layer 22, and the ground electrode layer 23 into a plurality of pieces. it can.
  • the sub-die forming groove may be formed so as to further divide each piece constituting the plurality of inorganic piezoelectric bodies 21, the signal electrode layer 22, the ground electrode layer 23, and the first acoustic matching layer 3 into a plurality of pieces.
  • Each of the pieces constituting the plurality of inorganic piezoelectric bodies 21, the signal electrode layer 22, the ground electrode layer 23, the first acoustic matching layer 3 and the second acoustic matching layer 4 is formed so as to be further separated into a plurality of pieces. You can also At this time, it is preferable to form one or two sub-die formation grooves for each inorganic piezoelectric element 2 and to divide into two or three. Thus, by forming the sub die formation groove, the piezoelectric multiplier of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 can be improved, and the transmission / reception sensitivity of the ultrasonic probe can be improved.
  • the generated voltage S in (V) is generated between the signal electrode layer 52 and the installation electrode layer 53 due to the expansion and contraction of the organic piezoelectric body 51.
  • ⁇ is the attenuation coefficient of the acoustic lens
  • g is the piezoelectric output constant (V ⁇ m / N) of the organic piezoelectric material
  • P is the sound pressure (MPa) of the received ultrasonic echo
  • t is the thickness of the organic piezoelectric material 51. (Mm).
  • a received signal corresponding to the generated voltage S in is transmitted from the plurality of organic piezoelectric elements 5 via the cable, and is detected as a detection voltage S out (V) in a device body (not shown).
  • This detection voltage S out is expressed by the following formula (1).
  • C piezo is the electric capacity of the organic piezoelectric body 51 and is represented by the following formula (2).
  • ⁇ r is the relative dielectric constant of the organic piezoelectric body 51
  • ⁇ 0 is the vacuum dielectric constant
  • S is the cross-sectional area (m 2 ) of the organic piezoelectric body 51.
  • C cable is the electric capacity of the cable through which the received signal is transmitted.
  • S out S in ⁇ (C piezo / (C cable + C piezo )) (1)
  • C piezo ⁇ r ⁇ ⁇ 0 ⁇ (S / t) (2)
  • the sensitivity at the time of receiving an ultrasonic echo by the organic piezoelectric element is obtained based on the detection voltage Sout .
  • the received signal detected in the apparatus main body includes noise N out represented by the following formula (3).
  • N 1 is thermal noise due to the organic piezoelectric body 51
  • N 2 is noise that does not depend on the organic piezoelectric body 51 (for example, input conversion noise of an amplifier).
  • N 1 is represented by the following formula (4)
  • k is a Boltzmann constant
  • T is a temperature (K).
  • thermal noise N 1 are those whose value increases as the capacitance C piezo of the piezoelectric body is small. Therefore, when receiving an ultrasonic echo in electric capacity is large inorganic piezoelectric element, the value of the noise N out included in the received signal is small, the sensitivity of reception by the inorganic piezoelectric element approximates only the detection voltage S out be able to.
  • the sensitivity of reception is improved by designing a plurality of organic piezoelectric elements 5 based on the S out / N out ratio. Specifically, as shown in the above formulas (1) to (4), the value of the detection voltage S out and the value of the noise N out change according to the thickness t of the organic piezoelectric body 51, respectively. Thus, the thickness t of the organic piezoelectric body 51 that can provide good reception sensitivity can be obtained based on the S out / N out ratio.
  • FIG. 3 shows the distribution of the S out / N out ratio with respect to the thickness t of the organic piezoelectric body 5.
  • the organic piezoelectric body 5 is made of PVDF.
  • the S out / N out ratio shows a maximum value when the thickness t of the organic piezoelectric body 51 is about 10 ⁇ m.
  • the thickness t of the organic piezoelectric body 51 is obtained by measuring the thickness of the central portion of the organic piezoelectric body 51.
  • the maximum value is 0 dB
  • the thickness t of the organic piezoelectric body 51 showing a value at which the S out / N out ratio is ⁇ 6 dB or more is 1 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • the thickness 1 ⁇ m to 120 ⁇ m of the organic piezoelectric body 51 is a sufficiently small value of ⁇ / 8 or less with respect to the wavelength ⁇ of a general ultrasonic wave transmitted from an inorganic piezoelectric element.
  • the thickness of the organic piezoelectric body 51 in the range of 1 ⁇ m to 120 ⁇ m, the acoustic matching of the ultrasonic waves transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 is not greatly affected, and a good value of ⁇ 6 dB or more is achieved. High reception sensitivity can be obtained.
  • organic piezoelectric elements have been responsible not only for ultrasonic echo receiving devices but also for acoustic matching of ultrasonic waves transmitted from inorganic piezoelectric elements, so the thickness of organic piezoelectric elements cannot be changed freely.
  • the organic piezoelectric body has to be designed with a certain thickness.
  • the thickness of the organic piezoelectric body 51 can be designed to a value that can provide good reception sensitivity.
  • the ultrasonic waves transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 have acoustic impedances similar to those of the organic piezoelectric body 51 immediately before reaching the plurality of organic piezoelectric elements 2.
  • Two acoustic matching layers 4 are acoustically matched.
  • the organic piezoelectric element 5 When the organic piezoelectric element 5 is used as a reception-only device, it is preferable to design the thickness of the organic piezoelectric element 5 so that the S out / N out ratio is -3 dB that is half of -6 dB. As shown in FIG. 3, it is preferable to form the organic piezoelectric body 51 in a thickness range of 3 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 are used as transducers dedicated to ultrasonic transmission, and the plurality of organic piezoelectric elements 5 are used as transducers dedicated to ultrasonic reception.
  • a pulsed or continuous wave voltage is applied between the signal electrode layer 22 and the ground electrode layer 23 of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, the inorganic piezoelectric body 21 of each inorganic piezoelectric element 2 expands and contracts to be pulsed or continuous. Wave ultrasound is generated.
  • ultrasonic waves enter the subject through the first acoustic matching layer 3, the second acoustic matching layer 4, the organic piezoelectric element 5, the protective layer 7, and the acoustic lens 8, and are synthesized with each other.
  • a beam is formed and propagates in the subject.
  • the acoustic impedance of the second acoustic matching layer 4 is designed to be an intermediate value with respect to the acoustic impedance of the first acoustic matching layer 3 and the acoustic impedance of the living body, and the second acoustic
  • the acoustic impedance of the matching layer 4 and the acoustic impedance of the organic piezoelectric body 51 are designed to be about the same value.
  • the organic piezoelectric body 51 is formed with a thickness of 1 ⁇ m to 120 ⁇ m so as not to greatly affect the acoustic matching of ultrasonic waves. For this reason, the ultrasonic waves transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 can be efficiently transmitted into the subject.
  • the organic piezoelectric body 51 is subjected to ultrasonic harmonics.
  • the component expands and contracts in response to high sensitivity, an electric signal is generated between the signal electrode layer 52 and the ground electrode layer 53, and is output as a received signal.
  • the organic piezoelectric body 51 is formed with a thickness of 1 ⁇ m to 120 ⁇ m, it is possible to detect ultrasonic echoes with a good sensitivity with an S out / N out ratio of ⁇ 6 dB or more, and a clear reception A signal can be obtained.
  • a harmonic image can be generated based on the reception signals output from the plurality of organic piezoelectric elements 5.
  • the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and the plurality of organic piezoelectric elements 5 are aligned with each other in the stacking direction and arranged at the same pitch P, the subject is at the same arrangement position as the transmission position of the ultrasonic beam. Can receive the ultrasonic echoes, and can generate a harmonic image with high accuracy.
  • a plurality of inorganic piezoelectric elements 2 can also be used as transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves.
  • the ultrasonic echoes received by the organic piezoelectric element 5 via the acoustic lens 8 and the protective layer 7 are further transmitted to the respective inorganic piezoelectric elements via the second acoustic matching layer 4 and the first acoustic matching layer 3.
  • the inorganic piezoelectric body 21 expands and contracts mainly in response to the fundamental wave component of the ultrasonic wave, and generates an electric signal between the signal electrode layer 22 and the ground electrode layer 23.
  • the fundamental wave component and the harmonics are obtained.
  • a compound image in which wave components are combined can be generated.
  • the fundamental component and the harmonic component of the ultrasonic echo are It is possible to receive at the same arrangement position, and it is possible to generate a compound image in which the fundamental wave component and the harmonic component are combined with high accuracy.
  • Such an ultrasonic probe can be manufactured as follows. First, as shown in FIG. 4A, an inorganic piezoelectric element layer 91a extending over the entire surface of the backing material 1 is bonded onto the surface of the backing material 1 with an adhesive or the like. In this inorganic piezoelectric element layer 91a, conductive layers 92 and 93 are formed on both surfaces of the inorganic piezoelectric layer 91 extending over the entire surface of the backing material 1, respectively. Next, as shown in FIG. 4B, the acoustic matching layer 94 extending over the entire area of the inorganic piezoelectric element layer 91a is bonded onto the conductive layer 93 at a temperature of 80 ° C. to 100 ° C., for example.
  • the dice forming groove is formed by dicing the inorganic piezoelectric element layer 91a or each layer of the acoustic matching layer 94 from the inorganic piezoelectric element layer 91a in the stacking direction. Can be formed. Then, as shown in FIG. 4C, the organic layer 95 is bonded on the acoustic matching layer 94.
  • the organic layer 95 has a size sufficient to extend over the entire surface of the acoustic matching layer 94, and a conductive layer 96 is formed in advance on the entire surface opposite to the surface facing the acoustic matching layer 94.
  • each layer of the conductive layer 96, the organic layer 95, the acoustic matching layer 94, and the inorganic piezoelectric element layer 91a is diced at a pitch P to separate each layer into a plurality of pieces. To do. At this time, since the dicing is performed so as to completely divide each layer from the conductive layer 96 to the inorganic piezoelectric element layer 91a, each piece of each divided layer is aligned and aligned in the stacking direction.
  • a plurality of inorganic piezoelectric elements 2 arranged at the arrangement pitch P are formed on the surface of the backing material 1, and the first acoustic matching layer 3 and the second acoustic elements 2 are formed on each inorganic piezoelectric element 2.
  • the pieces of the matching layer 4 and the signal electrode layer 52 are formed so as to overlap each other in order. Further, between each row in which a plurality of pieces of each layer are arranged in the stacking direction at a pitch P, a plurality of flat grooves 97 that penetrate each layer in the stacking direction are formed by dicing.
  • each layer is easily separated into a plurality of pieces and each piece of each separated layer is positioned in the stacking direction. Can be combined.
  • the signal electrode layers 52 of the plurality of organic piezoelectric elements 5 and the signal electrode layers 22 and the ground electrode layers 23 of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 can be accurately aligned with each other.
  • the organic piezoelectric body 51 is pressure-bonded onto the plurality of signal electrode layers 52 at a temperature of about 80 ° C., for example.
  • the organic piezoelectric member 51 has a size that extends over the entirety of the plurality of signal electrode layers 52 and has a thickness of 1 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • a ground electrode layer 53 is formed in advance on the entire surface opposite to the surface facing the signal electrode layers 52.
  • the organic material used for the organic piezoelectric body 51 has a property that the degree of crystallinity gradually decreases as the temperature rises, and a temperature much lower than the Curie point, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) is 80 ° C. It becomes a use limit, and a polyvinylidene fluoride trifluoride ethylene copolymer (P (VDF-TrFE)) becomes a use limit at 100 degreeC. Further, since the organic piezoelectric body 51 is formed as thin as 1 ⁇ m to 120 ⁇ m, the temperature is easily increased by heating. For this reason, for example, when the organic piezoelectric body 51 is given a high temperature of 80 ° C.
  • the coercive electric field (Ec) of the organic piezoelectric body 51 is as extremely large as about 400 kV / cm to 450 kV / cm, and if the organic piezoelectric body 51 is depolarized, it is necessary to repolarize it by applying a high voltage, which is very difficult. Will require a lot of work. Therefore, by laminating the organic piezoelectric body 51 after the other layers except the protective layer 7 and the acoustic lens 8 are laminated, the organic piezoelectric body 51 is filled with the groove 97 when the other layers are laminated or when the filler is laminated.
  • the layers laminated below the organic piezoelectric body 51 that is, the signal electrode layer 22, the inorganic piezoelectric body 21, the ground electrode layer 23, the first acoustic matching layer 3, the second acoustic matching layer 4, and the signal electrode layer. Since the organic piezoelectric body 51 does not exist until the layers 52 are sequentially bonded, these layers can be bonded to each other at a high temperature and laminated with a high adhesive force.
  • the acoustic lens 8 is bonded to the ground electrode layers 53 of the plurality of organic piezoelectric elements 5 via the protective layer 7.
  • the ultrasonic probe shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.
  • the frequency of ultrasonic waves transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 is about 7 MHz
  • the acoustic impedance of the first acoustic matching layer 3 is about 8.9 Mrayl (kg / m 2 s)
  • the second acoustic matching layer In the case of producing a linear probe having an acoustic impedance of about 4.0 Mrayl, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ) is used as the inorganic piezoelectric body 21 and the thickness thereof is about 190 ⁇ m.
  • the thickness of the first acoustic matching layer 3 can be formed to about 80 ⁇ m.
  • PVDF is used for each of the second acoustic matching layer 4 and the organic piezoelectric body 51, and the thickness of the second acoustic matching layer 4 is about 80 ⁇ m, thereby satisfying the resonance condition for the wavelength ⁇ of the ultrasonic wave.
  • the organic piezoelectric body 51 is formed to have a thickness that does not affect the acoustic matching of the ultrasonic waves transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and obtains good reception sensitivity.
  • a second acoustic matching layer 4 having an acoustic impedance comparable to that of the organic piezoelectric body 51 in the previous stage of the plurality of organic piezoelectric elements 2 with respect to the transmission direction of the transmitted ultrasonic waves, the plurality of inorganic piezoelectric elements is provided.
  • the conversion efficiency of the received signals in the plurality of organic piezoelectric elements 5 can be improved while maintaining an excellent acoustic transmittance with respect to the ultrasonic waves transmitted from 2.
  • the organic piezoelectric body 51 formed thin is rarely exposed to a high temperature, so that the organic piezoelectric body 51 can be prevented from being depolarized.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, the first acoustic matching layer 3 and the second acoustic matching layer 4 are laminated between the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and the plurality of organic piezoelectric elements 5.
  • the present invention is not limited to this as long as desired acoustic matching can be performed with respect to the ultrasonic waves transmitted from, for example, between the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and the plurality of organic piezoelectric elements 5 as shown in FIG.
  • a configuration in which only one acoustic matching layer 9 is provided may be employed.
  • the acoustic matching layer 9 is an intermediate value between the acoustic impedance of the inorganic piezoelectric element 2 and the acoustic impedance of the living body in order to efficiently cause the ultrasonic waves transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 to enter the subject. It is formed from the material which has the acoustic impedance of.
  • ultrasonic waves are generated in the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, and these ultrasonic waves enter the subject through the acoustic matching layer 9, the organic piezoelectric element 5, the protective layer 7, and the acoustic lens 8 and are synthesized with each other. Then, an ultrasonic beam is formed and propagated in the subject.
  • the acoustic impedance of the acoustic matching layer 9 is set to an intermediate value between the acoustic impedance of the inorganic piezoelectric element 2 and the acoustic impedance of the living body, and the organic piezoelectric body 51 of the organic piezoelectric element 5 performs ultrasonic acoustic matching. Since it is formed with a thickness of 1 ⁇ m to 120 ⁇ m so as not to have a large influence, it is possible to efficiently transmit ultrasonic waves transmitted from a plurality of inorganic piezoelectric elements 2 into the subject.
  • the organic piezoelectric body 51 is subjected to ultrasonic harmonics.
  • the component expands and contracts in response to high sensitivity and is output as a received signal.
  • the organic piezoelectric body 51 is formed with a thickness of 1 ⁇ m to 120 ⁇ m, an ultrasonic echo is detected with a good sensitivity with an S out / N out ratio of ⁇ 6 dB or more, and a clear received signal is obtained. be able to.
  • a harmonic image can be generated based on the reception signals output from the plurality of organic piezoelectric elements 5.
  • the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and the plurality of organic piezoelectric elements 5 are aligned with each other in the stacking direction and arranged at the same pitch P, the subject is at the same arrangement position as the transmission position of the ultrasonic beam. Can receive the ultrasonic echoes, and can generate a harmonic image with high accuracy.
  • Such an ultrasonic probe can be manufactured in the same manner as in the first embodiment. That is, after joining the inorganic piezoelectric element layer extending over the backing material 1 on the surface of the backing material 1 and joining the acoustic matching layer extending over the inorganic piezoelectric element layer on the inorganic piezoelectric element layer, the acoustic matching layer A conductive layer is formed on the entire surface. Subsequently, by dicing from the conductive layer to the inorganic piezoelectric element layer at an arbitrary pitch in the stacking direction, a plurality of inorganic piezoelectric elements 2 are arranged and the acoustic matching layer 9 and the signal electrode are formed on the plurality of inorganic piezoelectric elements 2.
  • Each piece of the layer 52 can be formed by sequentially overlapping the positions. Thereby, the signal electrode layers 52 of the plurality of organic piezoelectric elements 5 and the signal electrode layers 22 and the ground electrode layers 23 of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 can be accurately aligned with each other.
  • the inside of the plurality of grooves formed by dicing is filled with a filler to form the separating portion 6 that fixes the position and posture of the plurality of pieces of each layer, and then on the plurality of signal electrode layers 52.
  • the organic piezoelectric body 51 is pressure-bonded at a temperature of about 80 ° C., for example.
  • the organic piezoelectric member 51 extends over the plurality of signal electrode layers 52 and is formed with a thickness of 1 to 120 ⁇ m.
  • the organic piezoelectric body 51 can be used when the other layers are laminated or the filler is in the groove.
  • Depolarization can be suppressed without being exposed to a high temperature during filling. Then, after forming the ground electrode layer 53 on the entire surface of the organic piezoelectric body 51, the acoustic lens 8 is bonded to the ground electrode layer 53 via the protective layer 7, thereby performing the ultrasonic probe shown in FIG. A child is manufactured.
  • the inorganic piezoelectric element A / D converter 10 is connected to the signal line electrode layer 22 of each inorganic piezoelectric element 2, and each organic piezoelectric element 5 is connected.
  • the organic piezoelectric element amplifier 11 and the organic piezoelectric element A / D converter 12 can be sequentially connected to the signal line electrode layer 52.
  • the sensitivity when the ultrasonic echo is received by the plurality of organic piezoelectric elements 5 can be increased by forming the thickness of the organic piezoelectric body 51 to 1 ⁇ m to 120 ⁇ m as described above. It is still difficult to obtain a received signal having sufficient strength, and it is necessary to amplify by the organic piezoelectric element amplifier 11.
  • the organic piezoelectric element amplifier 11 is placed near the signal line electrode layer 52 of the organic piezoelectric element 5. It is preferably connected or directly connected.
  • the number of signal lines drawn from the ultrasonic probe can be reduced by arranging the multiplexer in the ultrasonic probe. For example, a multiplexer is disposed after the A / D converter 10 for the inorganic piezoelectric element and the A / D converter 12 for the organic piezoelectric element, and is pulled out from the A / D converter 10 for the inorganic piezoelectric element and the A / D converter 12 for the organic piezoelectric element. These two signal lines can be combined into one.
  • the organic layer 95 having the conductive layer 96 formed in advance on the surface is laminated on the acoustic matching layer 94.
  • the present invention is not limited to this.
  • the organic layer 95 may be stacked, and then the conductive layer 96 may be formed on the surface of the organic layer 95.
  • the organic layer 51 in which the ground electrode layer 53 is formed in advance on the surface is bonded onto the plurality of signal electrode layers 52, but after the organic layer 51 is bonded onto the plurality of signal electrode layers 52, A ground electrode layer 53 may be formed on the surface of the layer 51.
  • an ultrasonic probe that transmits an ultrasonic beam toward a subject and receives an ultrasonic echo reflected by the subject is shown as an acoustic wave probe of the present invention.
  • the present invention provides a photoacoustic wave probe 31 that receives a photoacoustic wave U induced from the subject by the irradiation light L emitted from the light irradiation device H toward the subject. It can also be used as an acoustic wave probe.
  • the light irradiation device H sequentially irradiates a subject with a plurality of irradiation lights L having mutually different wavelengths, and includes a semiconductor laser (LD), a light emitting diode (LED), a solid state laser, a gas laser, and the like. can do.
  • the light irradiation apparatus H uses, for example, pulse laser light as the irradiation light L, and irradiates the subject with the pulse laser light while sequentially switching the wavelength for each pulse.
  • the irradiation light L having a wavelength of about 750 nm and the irradiation light L having a wavelength of about 800 nm are sequentially irradiated onto the subject from the light irradiation apparatus H.
  • oxygenated hemoglobin (hemoglobin combined with oxygen: oxy-Hb) contained in a large amount in human arteries has a higher molecular absorption coefficient than the irradiation light L having a wavelength of 800 nm with respect to the irradiation light L having a wavelength of 750 nm. .
  • deoxygenated hemoglobin contained in a large amount in veins has a lower molecular absorption coefficient for irradiation light L with a wavelength of 750 nm than irradiation light L with a wavelength of 800 nm.
  • irradiation light L having a wavelength of 800 nm and the irradiation light L having a wavelength of 750 nm are respectively irradiated to an artery and a vein, photoacoustic waves U having an intensity corresponding to the molecular absorption coefficient of the artery and vein are respectively emitted.
  • the photoacoustic wave U emitted from the artery or vein is received by the plurality of organic piezoelectric elements 5 or the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 of the photoacoustic wave probe 31 in the same manner as in the first and second embodiments.
  • the organic piezoelectric bodies of the plurality of organic piezoelectric elements 5 are formed with a thickness of 1 ⁇ m to 120 ⁇ m, ultrasonic echoes can be detected with a good sensitivity with an S out / N out ratio of ⁇ 6 dB or more. And a clear received signal can be obtained.
  • the reception signal received by the photoacoustic wave probe 31 is transmitted to an apparatus body (not shown), and the inside of the subject is clearly imaged based on the reception signal (photoacoustic imaging (PAI)). ))can do.
  • PAI photoacoustic imaging
  • the acoustic wave probe can be used not only as an ultrasonic probe for generating an ultrasonic image but also as a photoacoustic wave probe for generating a photoacoustic image.
  • various ultrasonic diagnoses can be performed using a single acoustic wave probe.
  • the photoacoustic wave probe 31 can also be configured to incorporate the light irradiation device H.
  • a / D converter for element 11 Amplifier for organic piezoelectric element, 12 A / D converter for organic piezoelectric element, 21 Inorganic piezoelectric body, 22, 52 Signal electrode layer, 23, 53 Ground electrode layer, 31 Photoacoustic wave probe , 51 organic piezoelectric element, 91 inorganic piezoelectric layer, 91a inorganic piezoelectric element layer, 92, 93, 96 conductive layer, 94 acoustic matching layer, 95 organic layer, 97 groove, P arrangement pitch, H light irradiation device, L irradiation light , U photoacoustic wave, V biological tissue.

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Abstract

　バッキング材１と、バッキング材１の表面上に配列された複数の無機圧電素子２と、複数の無機圧電素子２の上に配置された音響整合層９と、音響整合層９の上に配置された複数の有機圧電素子５とを備え、複数の有機圧電素子５は、１～１２０μｍの厚さで形成された有機圧電体５１を有する。

Description

音響波探触子およびその製造方法
　この発明は、音響波探触子およびその製造方法に係り、特に、複数の無機圧電素子と複数の有機圧電素子とが互いに積層形成された音響波探触子およびその製造方法に関する。
　従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、超音波探触子から被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを超音波探触子で受信して、その受信信号を電気的に処理することにより超音波画像が生成される。
　近年、より正確な診断を行うために、被検体の非線形性により超音波波形が歪むことで発生する高調波成分を受信して映像化するハーモニックイメージングが試みられている。このハーモニックイメージングに適した超音波探触子として、例えば、特許文献１に開示されているように、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等の無機圧電体を用いた複数の無機圧電素子とポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の有機圧電体を用いた複数の有機圧電素子とを積層形成したものが提案されている。この有機圧電素子に用いられる有機圧電体は超音波の高調波成分に対して高感度に応答するもので、超音波探触子の無機圧電素子から高出力の超音波ビームを送信して、有機圧電素子により高調波成分を受信することができる。さらに、無機圧電体素子により通常の超音波エコーを受信することもできる。
国際公開第２００８／０１０５０９号
　ここで、複数の無機圧電素子から出力された超音波ビームは、有機圧電体を透過した後で、超音波探触子から被検体内に送信されるため、有機圧電体の厚さは、超音波ビームの音響透過率が高まるように設計されている。具体的には、有機圧電体は、複数の無機圧電素子から送信される基本波の波長λに対してλ／４共振条件を満たす厚さの近傍に設計される。このため、有機圧電体は、厚みを自在に設計することができず、上記の共振条件を満たすためにある程度の厚みを備えて設計する必要があった。一方で、有機圧電体は比誘電率が小さいため、有機圧電素子を厚く形成すると電気容量が小さくなり、有機圧電素子で受信された超音波を効率よく受信信号に変換することが困難であった。
　この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、複数の無機圧電素子から送信される超音波ビームに対して優れた音響透過率を有しながらも複数の有機圧電素子における受信信号の変換効率を向上させることができる音響波探触子およびその製造方法を提供することを目的とする。
　この発明に係る音響波探触子は、被検体に向けて超音波ビームを送信または照射光を照射することにより被検体から生じた超音波を受信する音響波探触子であって、バッキング材と、バッキング材の表面上に配列された複数の無機圧電素子と、複数の無機圧電素子の上に配置された音響整合層と、音響整合層の上に配置された複数の有機圧電素子とを備え、複数の有機圧電素子は、１～１２０μｍの厚さで形成された有機圧電体を有するものである。
　ここで、有機圧電体は、３～５０μｍの厚さで形成されるのが好ましい。また、有機圧電体は、５～１８μｍの厚さで形成されるのがより好ましい。
　また、音響整合層は、複数の無機圧電素子の上に配置された第１の音響整合層と、第1の音響整合層と複数の有機圧電素子の間に配置され、有機材料から構成された第２の音響整合層とを有することが好ましい。また、有機圧電体は、第２の音響整合層の音響インピーダンスに対して、±１０％の範囲内の音響インピーダンスを有することが好ましい。
　また、複数の有機圧電素子は、有機圧電体の表面上にわたって延在する接地電極層と、音響整合層に対向する有機圧電体の裏面上に配列された複数の信号電極層とを有し、複数の信号電極層から複数の無機圧電素子までの各層を複数の断片に分離するように、積層方向に向かってそれぞれ同じピッチで平行に延びる複数の分離部をさらに備えることにより、複数の有機圧電素子と複数の無機圧電素子が互いに同じピッチで配列されるのが好ましい。
　また、複数の無機圧電素子を構成する各断片、または、複数の無機圧電素子と音響整合層をそれぞれ構成する各断片をさらに複数のサブダイスに分離するように、積層方向に向かって延びるサブダイス形成溝を備えることができる。
　また、複数の無機圧電素子は、互いに分離された複数の無機圧電体と、複数の無機圧電体の両面にそれぞれ配置された複数の信号電極層および複数の接地電極層とを有することができる。
　また、複数の無機圧電体は、Ｐｂ系のペロブスカイト構造酸化物から構成され、有機圧電体および第２の音響整合層は、フッ化ビニリデン系材料から構成されるのが好ましい。
　また、複数の有機圧電素子の上に配置された音響レンズをさらに備えることができる。また、複数の有機圧電素子と音響レンズの間に、複数の有機圧電素子を保護する保護層をさらに備えることもできる。
　また、複数の有機圧電素子にそれぞれ直結された有機圧電素子用アンプをさらに備えることができる。
　この発明に係る音響波探触子の製造方法は、被検体に向けて超音波ビームを送信または照射光を照射することにより被検体から生じた超音波を受信する音響波探触子の製造方法であって、バッキング材の表面上にバッキング材にわたって延在する無機圧電素子層を接合し、無機圧電素子層の上に無機圧電素子層にわたって延在する音響整合層を接合し、音響整合層の全面上に導電層を形成し、導電層から無機圧電素子層まで積層方向に任意のピッチでダイシングすることにより、複数の無機圧電素子を配列形成すると共に複数の無機圧電素子の上に音響整合層および信号電極層の各断片を位置を合わせて順次重ねて形成し、信号電極層の上に信号電極層にわたって延在し且つ１～１２０μｍの厚さを有する有機圧電体を接合すると共に、有機圧電体の全面上に接地電極層を形成することにより、信号電極層、有機圧電体および接地電極層から構成される複数の有機圧電素子を配列形成するものである。
　この発明によれば、複数の有機圧電素子が１～１２０μｍの厚さで形成された有機圧電体を有するので、複数の無機圧電素子から送信される超音波ビームに対して優れた音響透過率を有しながらも複数の有機圧電素子における受信信号の変換効率を向上させることが可能となる。
この発明の実施の形態１に係る音響波探触子を示す部分斜視図である。 実施の形態１に係る音響波探触子の構成を示す断面図である。 有機圧電体の厚さに対するＳ／Ｎ比の分布を示すグラフである。 実施の形態１に係る音響波探触子の製造方法を工程順に示す断面図である。 実施の形態２に係る音響波探触子を示す部分斜視図である。 変形例に係る音響波探触子の構成を示す断面図である。 他の変形例に係る音響波探触子の構成を示す図である。
実施の形態１
　以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
　図１および図２に、この発明の実施の形態に係る音響波探触子の構成を示す。ここでは、本発明の音響波探触子として、被検体に向けて超音波ビームを送信して被検体で反射された超音波エコーを受信する超音波探触子を示している。
　バッキング材１の表面上に複数の無機圧電素子２がピッチＰで配列形成されている。複数の無機圧電素子２は、互いに分離された複数の無機圧電体２１を有し、それぞれの無機圧電体２１の一方の面に信号電極層２２が接合され、他方の面に接地電極層２３が接合されている。すなわち、それぞれの無機圧電素子２は、専用の無機圧電体２１と信号電極層２２と接地電極層２３から形成されている。
　ここで、無機圧電体２１は、Ｐｂ系のペロブスカイト構造酸化物から形成されている。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）に代表されるＰｂ系の圧電セラミック、または、マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体（ＰＭＮ－ＰＴ）および亜鉛ニオブ酸・チタン酸鉛固溶体（ＰＺＮ－ＰＴ）に代表されるリラクサ系の圧電単結晶から形成することができる。
　このような複数の無機圧電素子２の上に第１の音響整合層３が接合されると共に、第１の音響整合層３の上には第２の音響整合層４が接合されている。第１の音響整合層３と第２の音響整合層４は、複数の無機圧電素子２から送信される超音波に対して、それぞれ所望の音響整合を行う厚さで形成されている。例えば、第１の音響整合層３の厚さと第２の音響整合層４の厚さは、複数の無機圧電素子２から送信される超音波の基本波（無機圧電体２１の最大感度に対して－６ｄＢ帯域の中心周波数）の波長λに対してλ／４共振条件を満たす厚さの近傍となるようにそれぞれ形成することができる。
　また、第１の音響整合層３は、複数の無機圧電素子２からの超音波を効率よく第２の音響整合層４内に入射させるために、無機圧電素子２の音響インピーダンスと第２の音響整合層４の音響インピーダンスに対して中間的な値の音響インピーダンスを有する材料から形成されている。一方、第２の音響整合層４は、複数の無機圧電素子２から第１の音響整合層３を介して入射された超音波を効率よく被検体内に入射させるために、第１の音響整合層３の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスに対して中間的な値の音響インピーダンスを有する有機材料、具体的にはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ-ＴｒＦＥ））等のフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系材料から形成されている。すなわち、複数の無機圧電素子２、第１の音響整合層３および第２の音響整合層４は、複数の無機圧電素子２から送信される超音波の送信方向に向かって音響インピーダンスが順次低下するように設計されている。
　このような構成とすることにより、第１の音響整合層３と第２の音響整合層４は、複数の無機圧電素子２から送信された超音波に対して優れた音響透過率を備えることができる。
　また、第１の音響整合層３と第２の音響整合層は、それぞれ複数の断片に分断されており、複数の無機圧電素子２と同じピッチＰで配列されている。
　第２の音響整合層４の上には、複数の有機圧電素子５が配列形成されている。複数の有機圧電素子５は、複数の断片に分断されることなく、複数の有機圧電素子５にわたって延在するシート状の有機圧電体５１を有する。この有機圧電体５１には、第２の音響整合層４と同様にフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系材料から構成された高分子圧電膜が用いられる。そして、有機圧電体５１は、複数の無機圧電素子２から送信される超音波の音響整合に影響しないように、送信される超音波の波長λに対してλ／８以下の充分に小さな厚さで形成される。このため、複数の無機圧電素子２から送信された超音波は、有機圧電体５１において位相をほとんど変化されることなく複数の有機圧電素子５を透過することができる。
　なお、有機圧電体５１は、第２の音響整合層４と互いに同じまたは近い音響インピーダンスを有する材料で形成されるのが好ましく、例えば第２の音響整合層４の音響インピーダンスに対して±１０％の範囲内の音響インピーダンスを有するように構成することができる。
　また、有機圧電体５１には、第２の音響整合層４に対向する面上に、複数の無機圧電素子２と同じピッチＰで互いに分離された複数の信号電極層５２が接合され、第２の音響整合層４とは反対側の面上に、その全面にわたって延在する共通の設置電極層５２が接合されている。すなわち、それぞれの有機圧電素子５は、専用の信号電極層５２と、複数の有機圧電素子５に共通する有機圧電体５１および接地電極層５３とから構成される。このため、複数の有機圧電素子５の配列ピッチは、複数の信号電極層５２の配列ピッチのみにより決定されている。複数の信号電極層５２は複数の無機圧電素子２と同じ配列ピッチを有するため、複数の有機圧電素子５は複数の無機圧電素子２と同じピッチＰで配列されることになる。
　ここで、複数の無機圧電素子２、第１の音響整合層３、第２の音響整合層４および信号電極層５２の各層において同じピッチＰで分離された複数の断片は、それぞれの層の間で位置を合わせて積層方向に整列し、それぞれの列の間には充填剤が充填されている。これにより、複数の無機圧電素子２から信号電極層５２までの各層を構成する複数の断片を互いに分離する分離部６が形成される。すなわち、分離部６は、信号電極層５２の表面上からバッキング材１の表面上までの各層を同じピッチＰでそれぞれ貫通するように、積層方向に向かってそれぞれ平行に延びている。
　さらに、複数の有機圧電素子５の上には、保護層７を介して音響レンズ８が接合されている。
　なお、バッキング材１は、複数の無機圧電素子２を支持すると共に後方へ放出された超音波を吸収するもので、フェライトゴム等のゴム材から形成することができる。
　分離部６を形成する充填剤は、隣り合う断片の位置および姿勢を固定するためのもので、例えばエポキシ樹脂などから形成される。
　保護層７は、有機圧電素子５の接地電極層５３を保護するもので、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）により形成される。なお、接地電極層５２の保護に支障がなければ、保護層７を除いて形成し、複数の有機圧電素子５の上に音響レンズ８を直接接合することもできる。
　音響レンズ８は、屈折を利用して超音波ビームを絞り、エレベーション方向の分解能を向上させるもので、シリコンゴム等から形成されている。
　また、複数の無機圧電素子２を構成する各断片は、複数に分離して形成するのが好ましい。例えば、複数の無機圧電体２１、信号電極層２２および接地電極層２３の各層を構成する各断片をさらに複数の断片に分離するように、積層方向に向かって延びるサブダイス形成溝を形成することができる。また、サブダイス形成溝は、複数の無機圧電体２１、信号電極層２２、接地電極層２３および第１の音響整合層３を構成する各断片をさらに複数の断片に分離するように形成することもでき、複数の無機圧電体２１、信号電極層２２、接地電極層２３、第１の音響整合層３および第２の音響整合層４を構成する各断片をさらに複数の断片に分離するように形成することもできる。
　この時、各無機圧電素子２に対し１本または２本のサブダイス形成溝を形成して、２つまたは３つに分割することが好ましい。このように、サブダイス形成溝を形成することにより、複数の無機圧電素子２の圧電乗数を向上させ、超音波探触子の送受信感度を向上させることができる。
　次に、複数の有機圧電素子５について詳細に説明する。
　複数の有機圧電素子５で超音波エコーを受信すると、有機圧電体５１が伸縮することにより信号電極層５２と設置電極層５３の間に発生電圧Ｓin（Ｖ）が生じる。ここで、発生電圧Ｓinは、Ｓin＝α・ｇ・Ｐ・ｔで表される。なお、αは音響レンズの減衰係数、ｇは有機圧電体の圧電出力定数（Ｖ・ｍ/Ｎ）、Ｐは受信した超音波エコーの音圧（ＭＰａ）、ｔは有機圧電体５１の厚さ（ｍｍ）である。そして、この発生電圧Ｓinに応じた受信信号が複数の有機圧電素子５からケーブルを介して伝達され、図示しない装置本体において検出電圧Ｓout（Ｖ）として検出される。この検出電圧Ｓoutは、下記式（１）で表される。ここで、Ｃpiezoは有機圧電体５１の電気容量であり、下記式（２）で表される。なお、εrは有機圧電体５１の比誘電率、ε0は真空の誘電率、Ｓは有機圧電体５１の断面積(ｍ２)である。また、Ｃcableは、受信信号が伝達されるケーブルの電気容量である。
　Ｓout＝Ｓin・（Ｃpiezo／（Ｃcable＋Ｃpiezo））　　　・・・（１）
　Ｃpiezo＝εr・ε0・（Ｓ／ｔ）　　　・・・（２）
　一般に、有機圧電素子で超音波エコーを受信する際の感度は、上記の検出電圧Ｓoutに基づいて求められる。しかしながら、装置本体において検出される受信信号には、下記式（３）で表されるノイズＮoutが含まれている。ここで、Ｎ1は有機圧電体５１による熱雑音であり、Ｎ2は有機圧電体５１に依存しないノイズ（例えば、アンプの入力換算ノイズなど）である。なお、Ｎ1は下記式（４）で表され、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度（Ｋ）をそれぞれ示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　　　　　　　　　　　・・・（３）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　　　　　　　　　　　・・・（４）
　このノイズＮoutの値は熱雑音Ｎ1の値に応じて変動し、熱雑音Ｎ1は圧電体の電気容量Ｃpiezoが小さいほどその値が大きくなるものである。このため、電気容量が大きい無機圧電素子で超音波エコーを受信する場合には、受信信号に含まれるノイズＮoutの値が小さく、無機圧電素子による受信の感度は検出電圧Ｓoutのみで近似することができる。しかし、電気容量Ｃpiezoが小さい有機圧電素子で超音波エコーを受信する場合には、受信信号に含まれるノイズＮoutの値が非常に大きくなるため、有機圧電素子による受信の感度を正確に求めるには受信信号に含まれるノイズＮoutの影響を考慮する必要がある。具体的には、Ｓout／Ｎout比を算出することにより、有機圧電素子５で超音波エコーを受信する際の感度を正確に求めることができる。
　そこで、本実施の形態では、Ｓout／Ｎout比に基づいて複数の有機圧電素子５を設計することにより、受信の感度の向上を図る。具体的には、上記式（１）～（４）に示すように、検出電圧Ｓoutの値とノイズＮoutの値は、それぞれ有機圧電体５１の厚さｔに応じて変化するものであり、良好な受信の感度が得られるような有機圧電体５１の厚さｔをＳout／Ｎout比に基づいて求めることができる。
　図３に、有機圧電体５の厚さｔに対するＳout／Ｎout比の分布を示す。ここで、有機圧電体５は、ＰＶＤＦから形成されているものとする。図３に示すように、Ｓout／Ｎout比は、有機圧電体５１の厚さｔが約１０μｍのときに最大値を示す。ここで、有機圧電体５１の厚さｔは、有機圧電体５１の中央部の厚さを測定したものである。そして、この最大値を０ｄＢとして、Ｓout／Ｎout比が－６ｄＢ以上となる値を示す有機圧電体５１の厚さｔは１μｍ～１２０μｍである。このことから、有機圧電体５１の厚さｔを１μｍ～１２０μｍとすることにより良好な受信の感度が得られ、さらに、有機圧電体５１の厚さｔを１０μｍ付近である５μｍ～１８μｍとすることでより良好な受信の感度が得られ、有機圧電体５１の厚さｔを約１０μｍとすることにより最適な受信の感度が得られることがわかる。
　この有機圧電体５１の厚さ１μｍ～１２０μｍは、無機圧電素子から送信される一般的な超音波の波長λに対して、λ／８以下の充分に小さな値となっており、有機圧電体５１を透過する超音波の位相を大きく変化させるものではない。
　このため、有機圧電体５１の厚さを１μｍ～１２０μｍの範囲に設計することにより、複数の無機圧電素子２から送信される超音波の音響整合に大きな影響を与えることなく、－６ｄＢ以上の良好な受信の感度を得ることができる。
　従来、有機圧電素子は、超音波エコーの受信デバイスとしてだけでなく無機圧電素子から送信される超音波の音響整合も担っていたために、有機圧電体の厚さを自在に変化させることができず、有機圧電体はある程度の厚みを備えて設計する必要があった。
　本実施の形態では、有機圧電体５１が超音波の音響整合に大きな影響を与えることがないため、有機圧電体５１の厚さを良好な受信の感度が得られる値に設計することができる。さらに、超音波ビームを送信する際に、複数の無機圧電素子２から送信された超音波は、複数の有機圧電素子２に到達する直前において、有機圧電体５１と同程度の音響インピーダンスを有する第２の音響整合層４により音響整合される。これにより、複数の無機圧電素子２から送信される超音波に対して優れた音響透過率を有しながらも複数の有機圧電素子５における受信の感度を向上させた超音波探触子を得ることができる。
　なお、有機圧電素子５を受信専用デバイスとして使用する場合には、Ｓout／Ｎout比が－６ｄＢの半分の－３ｄＢ以上となるように有機圧電素子５の厚さを設計するのが好ましく、図３に示すように、有機圧電体５１の厚さを３μｍ～５０μｍの範囲で形成するのが好ましい。
　次に、この実施の形態１の動作について説明する。
　動作時には、例えば、複数の無機圧電素子２が超音波の送信専用の振動子として、複数の有機圧電素子５が超音波の受信専用の振動子として使用される。
　複数の無機圧電素子２の信号電極層２２と接地電極層２３の間にそれぞれパルス状または連続波の電圧を印加すると、それぞれの無機圧電素子２の無機圧電体２１が伸縮してパルス状または連続波の超音波が発生する。これらの超音波は、第１の音響整合層３、第２の音響整合層４、有機圧電素子５、保護層７および音響レンズ８を介して被検体内に入射し、互いに合成され、超音波ビームを形成して被検体内を伝搬する。
　この時、第１の音響整合層３の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスに対して、第２の音響整合層４の音響インピーダンスは中間的な値となるように設計されると共に、第２の音響整合層４の音響インピーダンスと有機圧電体５１の音響インピーダンスは同程度の値となるように設計されている。また、有機圧電体５１は、超音波の音響整合に大きな影響を与えないように、１μｍ～１２０μｍの厚さで形成されている。このため、複数の無機圧電素子２から送信された超音波を被検体内まで効率よく透過させることができる。
　続いて、被検体内を伝搬して反射された超音波エコーが、音響レンズ８および保護層７を介してそれぞれの有機圧電素子５に入射されると、有機圧電体５１が超音波の高調波成分に高感度に応答して伸縮し、信号電極層５２と接地電極層５３の間に電気信号が発生して、受信信号として出力される。この時、有機圧電体５１は、１μｍ～１２０μｍの厚さで形成されているため、Ｓout／Ｎout比が－６ｄＢ以上の良好な感度で超音波エコーを検出することができ、明瞭な受信信号を得ることができる。
　このようにして、複数の有機圧電素子５から出力された受信信号に基づいて、高調波画像を生成することができる。ここで、複数の無機圧電素子２と複数の有機圧電素子５は、積層方向に互いに位置合わせして同じピッチＰで配列形成されているため、超音波ビームの送信位置と同じ配列位置で被検体からの超音波エコーを受信することができ、高精度に高調波画像を生成することができる。
　また、複数の無機圧電素子２を超音波の送受信兼用の振動子として使用することもできる。この場合、音響レンズ８および保護層７を介して有機圧電素子５で受信された超音波エコーが、さらに第２の音響整合層４および第１の音響整合層３を介してそれぞれの無機圧電素子２に入射し、無機圧電体２１が主に超音波の基本波成分に応答して伸縮し、信号電極層２２と接地電極層２３の間に電気信号を発生する。
　このようにして複数の無機圧電素子２から得られた基本波成分に対応する受信信号と、有機圧電素子５から得られた高調波成分に対応する受信信号とに基づいて、基本波成分と高調波成分を複合したコンパウンド画像を生成することができる。
　このときも、複数の無機圧電素子２と複数の有機圧電素子５が、積層方向に互いに位置合わせして同じピッチＰで配列形成されているため、超音波エコーの基本波成分と高調波成分を同じ配列位置で受信することができ、基本波成分と高調波成分を高精度に複合したコンパウンド画像を生成することができる。
　このような超音波探触子は、次のようにして製造することができる。
　まず、図４（Ａ）に示されるように、バッキング材１の表面全域にわたって延びる無機圧電素子層９１ａを接着剤等によりバッキング材１の表面上に接合する。この無機圧電素子層９１ａは、バッキング材１の全面にわたって延びる無機圧電体層９１の両面に、全面にわたってそれぞれ導電層９２および９３が形成されたものである。
　次に、図４（Ｂ）に示されるように、無機圧電素子層９１ａの全域にわたって延びる音響整合層９４を、例えば８０℃～１００℃の温度で導電層９３の上に接合する。この時、複数の無機圧電体２１にサブダイスを形成する場合には、無機圧電素子層９１ａ、または、無機圧電素子層９１ａから音響整合層９４の各層を積層方向にダイシングすることにより、サブダイス形成溝を形成することができる。
　そして、図４（Ｃ）に示されるように、音響整合層９４の上に有機層９５が接合される。この有機層９５は、音響整合層９４の全面にわたって延びるだけの大きさを有し、音響整合層９４に対向する面とは反対側の表面には全面にわたって導電層９６が予め形成されている。
　続いて、図４（Ｄ）に示されるように、導電層９６、有機層９５、音響整合層９４および無機圧電素子層９１ａの各層をピッチＰでダイシングすることにより、各層を複数の断片に分離する。この時、ダイシングは、導電層９６から無機圧電素子層９１ａまでの各層を完全に分断するように行われるため、分断された各層のそれぞれの断片は積層方向に位置を合わせて整列される。これにより、バッキング材１の表面上には配列ピッチＰで配列された複数の無機圧電素子２が形成され、それぞれの無機圧電素子２の上には第１の音響整合層３、第２の音響整合層４および信号電極層５２の各断片が位置を合わせて順次重なるように形成される。また、各層の複数の断片がピッチＰで積層方向に整列されたそれぞれの列の間には、ダイシングにより各層を積層方向に貫通した平板状の複数の溝９７が形成される。
　このように、導電層９６から無機圧電素子層９１ａまでの各層をピッチＰでダイシングすることにより、各層が簡便に複数の断片に分離されると共に分離された各層のそれぞれの断片を積層方向に位置合わせすることができる。これにより、複数の有機圧電素子５の信号電極層５２と、複数の無機圧電素子２の信号電極層２２および接地電極層２３とを互いに正確に位置合わせすることができる。
　次に、ダイシングにより形成された複数の溝９７の内部に充填剤を充填して、図４（Ｅ）に示されるように、各層の複数の断片の位置および姿勢を固定する分離部６を形成した後、複数の信号電極層５２の上に有機圧電体５１を、例えば８０℃程度の温度で圧着させる。有機圧電体５１は、複数の信号電極層５２の全体にわたって延びるだけの大きさを有し、且つ、１μｍ～１２０μｍの厚さで形成されている。そして、有機圧電体５１には、複数の信号電極層５２に対向する面とは反対側の表面に、全面にわたって接地電極層５３が予め形成されている。
　ここで、有機圧電体５１に用いられる有機材料は、温度上昇によって徐々に結晶化度が低下する性質を有し、キュリー点よりも非常に低い温度、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）は８０℃で使用限度となり、ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ-ＴｒＦＥ））は１００℃で使用限度となる。さらに、有機圧電体５１は、１μｍ～１２０μｍと薄く形成されているため、加熱により温度上昇し易くなっている。このため、例えば音響整合層９４などの各層を積層する際に使用される８０℃～１００℃の高い温度を有機圧電体５１に与えると容易に脱分極されてしまう。有機圧電体５１の抗電界（Ｅｃ）は４００ｋＶ/ｃｍ～４５０ｋＶ/ｃｍ程度と極めて大きく、有機圧電体５１が脱分極してしまうと高い電圧を印加して再分極させる必要があり、非常に困難な作業を要することになる。
　そこで、保護層７および音響レンズ８を除くその他の層が積層された後に有機圧電体５１を積層することにより、有機圧電体５１は、その他の層を積層する際または充填剤が溝９７に充填される際の高い温度に曝されることがなく、脱分極するのを抑制することができる。一方、有機圧電体５１の下側に積層された各層、すなわち信号電極層２２、無機圧電体２１、接地電極層２３、第１の音響整合層３、第２の音響整合層４および信号電極層５２を順次接着するまでの間は、有機圧電体５１が存在しないため、これらの層を互いに高温で接着して高い接着力で積層させることができる。
　このようにして複数の信号電極層５２の上に有機圧電体５１が積層された後、複数の有機圧電素子５の接地電極層５３の上に保護層７を介して音響レンズ８を接合することにより、図１および図２に示した超音波探触子が製造される。
　例えば、複数の無機圧電素子２から送信される超音波の周波数が７ＭＨｚ程度、第１の音響整合層３の音響インピーダンスが約８．９Ｍｒａｙｌ（ｋｇ／ｍ２ｓ）、および第２の音響整合層４の音響インピーダンスが約４．０Ｍｒａｙｌのリニアプローブを作成する場合には、無機圧電体２１としてチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）を使用して、この厚みを１９０μｍ程度に形成し、第１の音響整合層３の厚みを８０μｍ程度に形成することができる。そして、第２の音響整合層４および有機圧電体５１にはそれぞれＰＶＤＦを使用し、第２の音響整合層４の厚みを８０μｍ程度とすることにより超音波の波長λに対する共振条件を満たすと共に、有機圧電体５１の厚みを１μｍ～１２０μｍとすることにより超音波の音響整合に影響を与えることなく超音波エコーを受信する際の感度を向上させることができる。
　このように、有機圧電体５１は複数の無機圧電素子２から送信される超音波の音響整合に影響せず且つ良好な受信の感度が得られる厚さに形成され、複数の無機圧電素子２から送信される超音波の送信方向に対して複数の有機圧電素子２の前段には有機圧電体５１と同程度の音響インピーダンスを有する第２の音響整合層４を設けることにより、複数の無機圧電素子２から送信される超音波に対して優れた音響透過率を保ちながらも複数の有機圧電素子５における受信信号の変換効率を向上させることができる。
　また、複数の無機圧電素子２と複数の有機圧電素子５が互いに位置を合わせて配列されているため、高精度な高調波画像およびコンパウンド画像を生成することができる。
　さらに、超音波探触子を製造する際に、薄く形成された有機圧電体５１を高温に曝すことが少ないため、有機圧電体５１が脱分極するのを抑制することができる。
実施の形態２
　実施の形態１では、複数の無機圧電素子２と複数の有機圧電素子５の間に第１の音響整合層３と第２の音響整合層４が積層されているが、複数の無機圧電素子２から送信される超音波に対して所望の音響整合を行うことができればこれに限るものではなく、例えば、図５に示すように、複数の無機圧電素子２と複数の有機圧電素子５の間に音響整合層９を１つだけ備えた構成とすることもできる。
　この音響整合層９は、複数の無機圧電素子２から送信された超音波を効率よく被検体内に入射させるために、無機圧電素子２の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスに対して中間的な値の音響インピーダンスを有する材料から形成されている。
　まず、複数の無機圧電素子２において超音波が発生され、これらの超音波が、音響整合層９、有機圧電素子５、保護層７および音響レンズ８を介して被検体内に入射し、互いに合成され、超音波ビームを形成して被検体内を伝搬する。
　この時、音響整合層９の音響インピーダンスは無機圧電素子２の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスの中間的な値に設定されると共に、有機圧電素子５の有機圧電体５１は超音波の音響整合に大きな影響を与えないように１μｍ～１２０μｍの厚さで形成されているため、複数の無機圧電素子２から送信された超音波を被検体内まで効率よく透過させることができる。
　続いて、被検体内を伝搬して反射された超音波エコーが、音響レンズ８および保護層７を介してそれぞれの有機圧電素子５に入射されると、有機圧電体５１が超音波の高調波成分に高感度に応答して伸縮し、受信信号として出力される。この時、有機圧電体５１は、１μｍ～１２０μｍの厚さで形成されているため、Ｓout／Ｎout比が－６ｄＢ以上の良好な感度で超音波エコーが検出され、明瞭な受信信号を得ることができる。
　このようにして、複数の有機圧電素子５から出力された受信信号に基づいて、高調波画像を生成することができる。ここで、複数の無機圧電素子２と複数の有機圧電素子５は、積層方向に互いに位置合わせして同じピッチＰで配列形成されているため、超音波ビームの送信位置と同じ配列位置で被検体からの超音波エコーを受信することができ、高精度に高調波画像を生成することができる。
　このような超音波探触子は、実施の形態１と同様にして製造することができる。
　すなわち、バッキング材１の表面上にバッキング材１にわたって延在する無機圧電素子層を接合し、無機圧電素子層の上に無機圧電素子層にわたって延在する音響整合層を接合した後、音響整合層の全面上に導電層を形成する。続いて、導電層から無機圧電素子層まで積層方向に任意のピッチでダイシングすることにより、複数の無機圧電素子２を配列形成すると共に複数の無機圧電素子２の上に音響整合層９および信号電極層５２の各断片を位置を合わせて順次重ねて形成することができる。これにより、複数の有機圧電素子５の信号電極層５２と、複数の無機圧電素子２の信号電極層２２および接地電極層２３とを互いに正確に位置合わせすることができる。
　次に、ダイシングにより形成された複数の溝の内部に充填剤を充填して、各層の複数の断片の位置および姿勢を固定する分離部６を形成した後、複数の信号電極層５２の上に有機圧電体５１を、例えば８０℃程度の温度で圧着させる。有機圧電体５１は、複数の信号電極層５２にわたって延在し且つ１～１２０μｍの厚さで形成されている。このように、保護層７および音響レンズ８を除くその他の層が積層された後に有機圧電体５１を積層することにより、有機圧電体５１は、その他の層を積層する際または充填剤が溝に充填される際の高い温度に曝されることがなく、脱分極するのを抑制することができる。
　そして、有機圧電体５１の全面上に接地電極層５３を形成した後、接地電極層５３の上に保護層７を介して音響レンズ８を接合することにより、図５に示した超音波探触子が製造される。
　なお、実施の形態１および２において、図６に示されるように、それぞれの無機圧電素子２の信号線電極層２２に無機圧電素子用Ａ／Ｄコンバータ１０を接続し、それぞれの有機圧電素子５の信号線電極層５２に有機圧電素子用アンプ１１および有機圧電素子用Ａ／Ｄコンバータ１２を順次接続することができる。
　ここで、超音波エコーを複数の有機圧電素子５で受信する際の感度は、上記のように有機圧電体５１の厚さを１μｍ～１２０μｍに形成することで高めることはできるが、それだけでは、まだ十分な強度を有する受信信号を得ることが難しく、有機圧電素子用アンプ１１により増幅する必要がある。このとき、有機圧電素子５から有機圧電素子用アンプ１１に伝送される間に受信信号が減衰するのを防ぐために、有機圧電素子用アンプ１１を有機圧電素子５の信号線電極層５２の近傍に接続または直結させるのが好ましい。
　また、超音波探触子内にマルチプレクサを配置することで超音波探触子から引き出される信号線の本数を減少させることができる。例えば、無機圧電素子用Ａ／Ｄコンバータ１０および有機圧電素子用Ａ／Ｄコンバータ１２の後段にマルチプレクサを配置し、無機圧電素子用Ａ／Ｄコンバータ１０と有機圧電素子用Ａ／Ｄコンバータ１２から引き出された２本の信号線を１本にまとめることができる。
　また、実施の形態１および２では、表面上に導電層９６が予め形成された有機層９５を音響整合層９４の上に積層したが、これに限るものではなく、音響整合層９４の上に有機層９５を積層し、その後、有機層９５の表面上に導電層９６を形成してもよい。
　同様に、表面上に接地電極層５３が予め形成された有機層５１を複数の信号電極層５２の上に接合したが、複数の信号電極層５２の上に有機層５１を接合した後、有機層５１の表面上に接地電極層５３を形成してもよい。
　また、実施の形態１および２では、被検体に向けて超音波ビームを送信して被検体で反射された超音波エコーを受信する超音波探触子を本発明の音響波探触子として示したが、図７に示すように、光照射装置Ｈから被検体に向けて照射された照射光Ｌにより被検体から誘発された光音響波Ｕを受信する光音響波探触子３１を本発明の音響波探触子とすることもできる。
　具体的には、光照射装置Ｈから被検体に向けて照射光Ｌが照射され、その照射された照射光Ｌが被検体内の所定の生体組織Ｖに到達すると、生体組織Ｖは照射光Ｌの光エネルギーを吸収することにより弾性波である光音響波Ｕ（超音波）を放出する。
　ここで、光照射装置Ｈは、互いに異なる波長を有する複数の照射光Ｌを被検体に向けて順次照射するもので、半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、固体レーザ、ガスレーザ等から構成することができる。光照射装置Ｈは、例えば、パルスレーザ光を照射光Ｌとして用い、パルス毎に順次波長を切り換えながら被検体に向けてパルスレーザ光を照射する。
　例えば、光照射装置Ｈから約７５０ｎｍの波長を有する照射光Ｌと、約８００ｎｍの波長を有する照射光Ｌを順次被検体に照射する。ここで、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)は、波長８００ｎｍの照射光Ｌよりも波長７５０ｎｍの照射光Ｌに対して、高い分子吸収係数を有する。一方、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)は、波長８００ｎｍの照射光Ｌよりも波長７５０ｎｍの照射光Ｌに対して、低い分子吸収係数を有する。このため、動脈および静脈に波長８００ｎｍの照射光Ｌおよび波長７５０ｎｍの照射光Ｌをそれぞれ照射すると、動脈および静脈の分子吸収係数に応じた強度の光音響波Ｕがそれぞれ放出されることになる。
　動脈または静脈から放出された光音響波Ｕは、実施の形態１および２と同様にして、光音響波探触子３１の複数の有機圧電素子５または複数の無機圧電素子２で受信される。この時、複数の有機圧電素子５の有機圧電体が１μｍ～１２０μｍの厚さで形成されているため、Ｓout／Ｎout比が－６ｄＢ以上の良好な感度で超音波エコーを検出することができ、明瞭な受信信号を得ることができる。
　このようにして、光音響波探触子３１で受信された受信信号は、図示しない装置本体に送信され、受信信号に基づいて被検体内を明瞭に画像化（光音響イメージング（ＰＡＩ：Photoacoustic Imaging））することができる。
　このように、音響波探触子は、超音波画像を生成するための超音波探触子として使用するだけでなく、光音響画像を生成するための光音響波探触子として使用することもでき、１つの音響波探触子を用いて多様な超音波診断を行うことができる。
　なお、光音響波探触子３１は、光照射装置Ｈを内蔵する構成とすることもできる。
　１　バッキング材、２　無機圧電素子、３　第１の音響整合層、４　第２の音響整合層、５　有機圧電素子、６　分離部、７　保護層、８　音響レンズ、９　音響整合層、１０無機圧電素子用Ａ／Ｄコンバータ、１１　有機圧電素子用アンプ、１２　有機圧電素子用Ａ／Ｄコンバータ、２１　無機圧電体、２２，５２　信号電極層、２３，５３　接地電極層、３１　光音響波探触子、５１　有機圧電体、９１　無機圧電体層、９１ａ　無機圧電素子層、９２，９３，９６　導電層、９４　音響整合層、９５　有機層、９７　溝、Ｐ　配列ピッチ、Ｈ　光照射装置、Ｌ　照射光、Ｕ　光音響波、Ｖ　生体組織。

Claims (13)

  1. 　被検体に向けて超音波ビームを送信または照射光を照射することにより被検体から生じた超音波を受信する音響波探触子であって、
    　バッキング材と、
    　前記バッキング材の表面上に配列された複数の無機圧電素子と、
    　前記複数の無機圧電素子の上に配置された音響整合層と、
    　前記音響整合層の上に配置された複数の有機圧電素子と
    　を備え、
    　前記複数の有機圧電素子は、１～１２０μｍの厚さで形成された有機圧電体を有することを特徴とする音響波探触子。
  2. 　前記有機圧電体は、３～５０μｍの厚さで形成される請求項１に記載の音響波探触子。
  3. 　前記有機圧電体は、５～１８μｍの厚さで形成される請求項２に記載の音響波探触子。
  4. 　前記音響整合層は、
    　前記複数の無機圧電素子の上に配置された第１の音響整合層と、
    　前記第1の音響整合層と前記複数の有機圧電素子の間に配置され、有機材料から構成された第２の音響整合層と
    　を有する請求項１～３のいずれか一項に記載の音響波探触子。
  5. 　前記有機圧電体は、前記第２の音響整合層の音響インピーダンスに対して、±１０％の範囲内の音響インピーダンスを有する請求項４に記載の音響波探触子。
  6. 　前記複数の有機圧電素子は、
    　前記有機圧電体の表面上にわたって延在する接地電極層と、
    　前記音響整合層に対向する前記有機圧電体の裏面上に配列された複数の信号電極層と
    　を有し、
    　前記複数の信号電極層から前記複数の無機圧電素子までの各層を複数の断片に分離するように、積層方向に向かってそれぞれ同じピッチで平行に延びる複数の分離部をさらに備えることにより、前記複数の有機圧電素子と前記複数の無機圧電素子が互いに同じピッチで配列される請求項１～５のいずれか一項に記載の音響波探触子。
  7. 　前記複数の無機圧電素子を構成する各断片、または、前記複数の無機圧電素子と前記音響整合層をそれぞれ構成する各断片をさらに複数に分離するように、積層方向に向かって延びるサブダイス形成溝を備えた請求項６に記載の音響波探触子。
  8. 　前記複数の無機圧電素子は、
    　互いに分離された複数の無機圧電体と、
    　前記複数の無機圧電体の両面にそれぞれ配置された複数の信号電極層および複数の接地電極層と
    　を有する請求項１～７のいずれか一項に記載の音響波探触子。
  9. 　前記複数の無機圧電体は、Ｐｂ系のペロブスカイト構造酸化物から構成され、前記有機圧電体および前記第２の音響整合層は、フッ化ビニリデン系材料から構成される請求項８に記載の音響波探触子。
  10. 　前記複数の有機圧電素子の上に配置された音響レンズをさらに備えた請求項１～９のいずれか一項に記載の音響波探触子。
  11. 　前記複数の有機圧電素子と前記音響レンズの間に、前記複数の有機圧電素子を保護する保護層をさらに備えた請求項１０に記載の音響波探触子。
  12. 　前記複数の有機圧電素子にそれぞれ直結された有機圧電素子用アンプをさらに備えた請求項１～１１のいずれか一項に記載の音響波探触子。
  13. 　被検体に向けて超音波ビームを送信または照射光を照射することにより被検体から生じた超音波を受信する音響波探触子の製造方法であって、
    　バッキング材の表面上に前記バッキング材にわたって延在する無機圧電素子層を接合し、
    　前記無機圧電素子層の上に前記無機圧電素子層にわたって延在する音響整合層を接合し、
    　前記音響整合層の全面上に導電層を形成し、
    　前記導電層から前記無機圧電素子層まで積層方向に任意のピッチでダイシングすることにより、複数の無機圧電素子を配列形成すると共に前記複数の無機圧電素子の上に音響整合層および信号電極層の各断片を位置を合わせて順次重ねて形成し、
    　前記信号電極層の上に前記信号電極層にわたって延在し且つ１～１２０μｍの厚さを有する有機圧電体を接合すると共に、前記有機圧電体の全面上に接地電極層を形成することにより、前記信号電極層、前記有機圧電体および前記接地電極層から構成される複数の有機圧電素子を配列形成する
    　ことを特徴とする音響波探触子の製造方法。
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